1、第五章第一節 分析裝置的原理和特點驗電器的原理靜電計與驗電器根據實驗裝置的特點使用驗電器與靜電計第二節 分析儀器的結構、原理和性能感應起電機和范德格拉夫起電機的原理玻璃液體溫度計的制作過程邁克爾遜干涉儀分析儀器的結構并改進、自制儀器驗電器的發展史早在16世紀，英國的吉爾伯特在系統地觀察靜電現象時，制作了第一只試驗用的驗電器。他用一根極細的金屬棒，中心支承在支座上，使棒可以自由轉動。當摩擦后的帶電物體靠近金屬棒時，金屬棒會被吸引而向帶電體轉過去。由此可以探測物體是否帶電。18世紀30年代，法國的杜費為了對電現象做深入的研究，他在吉爾伯特工作的基礎上對驗電器進行了改進，用金箔代替了金屬細棒。在以后

2、的幾十年中，人們設計、使用了各種各樣的驗電器，其中最出名的是1786年A.貝內特的金箔驗電器我們現在常用的驗電器驗電器的原理：感應帶電接觸帶電兩片金箔帶上同種電荷后相互排斥而產生一定的張角。兩片金箔帶上同種電荷后相互排斥而產生一定的張角。驗電器的用途： 檢驗物體是否帶電：將待檢驗物體靠近或接觸驗電器的金屬球，根據金箔是否張開可判斷該物體是否帶電。 辨別電荷的種類：先使金箔帶上某種已知電荷，箔片張角在40度60度為宜。再將待測帶電體漸漸移近驗電器的金屬球，根據金箔張角的增減判斷帶電體電荷的正負。 檢驗物體的絕緣性：先使驗電器帶電，金箔張開。然后用待測物體去接觸驗電器的金屬球，若金箔張角不變，表示

3、該物體的絕緣性很好；若金箔立即下落，表示該物體的絕緣性很差。 比較導體電容的大?。鹤寖蓪w帶等量的電荷，然后讓它們分別與不帶電的驗電器接觸，根據兩次金箔張角大小的不同，可判斷兩導體電容的大小。 判斷導體的電勢高低：驗電器改裝成靜電計。驗電器與靜電計驗電器的結構：常用的驗電器一般由外殼、絕緣塞、導棒、按在導棒下端的箔片 等部件組成，如圖甲所示。靜電計的結構：把驗電器的玻璃瓶改為金屬盒（盒上留一玻璃窗作觀察用），箔 片改為帶刻度的金屬指針，就成為一個能定量測量電勢差的靜電 計，如圖乙所示。測量導體A與B的電勢時，將A、B分別與靜電 計的金屬棒及盒相連，棒與盒間便出現電場，指針表面的電荷便 電場力作

4、用下偏轉，這個電場力包括棒上同號電荷的斥力及金屬 盒內表面異號電荷的吸力。靜電計與驗電器的區別：1、把玻璃瓶改為金屬盒，以便靜電屏蔽；2、金屬棒及盒各自引出導線，以便測量兩點間的電壓；3、增加刻度，以便定量測量如何用靜電計測量單個導體的電勢？如何用靜電計測量單個導體的電勢？感應起電的演示實驗作為應用例子，我們來討論靜電感應和靜電起電的一個演示實驗如圖所示。（a）將帶電體靠近靠近靜電計導體棒上的小球，指針偏轉；（b）將靜電計導體棒接地，指針下垂；（c）撤去導體棒的接地線，指針任不動；（d）移去帶電體，指針又發生偏轉。根據實驗裝置和實驗原理使用驗電器和靜電計驗電器：側重于檢驗靜電荷靜電計：側重于檢

5、驗電壓或電勢。其實兩者的本質是相同的 測靜電荷等價與測電勢實驗1:驗證干電池兩端帶有靜電荷1、為什么干電池兩端帶有靜電荷？ 電池內部存在非靜電力電池內部存在非靜電力2、電池接在驗電器上卻難以觀察到使金箔張開？ 電池兩端電壓太小或兩極電荷太少電池兩端電壓太小或兩極電荷太少由于干電池的電壓已經確定，所以我們只有增大靜電荷的數量，使得驗電器能檢測出干電池兩端的確存在靜電荷。 根據上述設想可以設計一個實驗方案，如圖所示。將平行板電容器的兩個極板與干電池兩極相連，以作為電池的兩新極板。兩極板靠的越近，電容越大。這時，雖然兩極板間的電壓仍然等于電池的電動勢，但是極板上的電量已經想當多。然后把兩極板與電池斷

6、開，將其中的一塊極板與一只金箔驗電器的導棒相連接，即可見驗電器箔片張開了一個明顯的角度，如圖（b）所示，由此說明電池兩端有靜電荷。實驗2：感生電動勢的演示 高中物理課本在引入感生電動勢概念后便指出，“在電磁感應現象中，不管電路是否閉合，只要穿過這個電路所圍面積的磁通量發生變化，電路中就有感生電動勢。如果電路時閉合的，電路中就有感應電流，如果電路時斷開的，電路中就沒有感應電流，但感生電動勢仍然存在?！?為了幫助中學生理解這段話，可采用如圖所示的實驗裝置。圖中，C為線圈，S為碰撞開關，A、B為靠的很近但不接觸的絕緣金屬平板。當條形磁鐵從線圈中迅速抽出時，線圈中的磁通量迅速變小，線圈導線中的自由電子

7、在渦旋電場的作用下，向某一平板堆聚，從而使兩平板帶上大量異號電荷。當條形磁鐵沖擊碰撞開關，切斷了A板與線圈的通路，A板上的大量電荷就被保留下來。這時，A板上的對地電壓是不大的（不會超過線圈產生的最大感生電動勢），它不一定能使得（驗電器or靜電計）張開一個可見角度。然后，移開B板，使平行板電容器的電容大大減小，這時，A板的對地電壓就大大增大了，可見，驗電器箔片張開了一個明顯的角度。實驗3：光電效應演示實驗高中物理課本在講到光電效應時，都首先介紹了這樣一個實驗：把一塊擦得很亮的鋅板連接在靈敏驗電器上，用弧光燈照鋅板（如圖所示），驗電器的指針就會張開一個角度，表示帶了電。了解儀器的結構和原理 在物理

8、實驗中，對儀器操作是否正確關乎實驗的成功與否，因而使用儀器前首先要熟悉儀器的結構，了解其工作原理、使用方法和操作規程。 感應起電機 范德格拉夫起電機感應起電機(韋氏起電機機) 1882年，英國維姆胡斯創造了圓盤式靜電感應起電機，其中兩同軸玻璃圓板可反向高速轉動，摩擦起電的效率很高，并能產生高電壓。這種起電機一直沿用至今，在各中學的物理課堂上作電學演示實驗時，就經常用到它。感應起電機的基本原理 利用靜電感應可使中性導體帶電。如圖（a）的B1和B2是緊密接觸的兩個中性導體，A是帶電導體。在A的感應下，B1B2兩端出現異號電荷。將B1B2分開少許（圖b），電荷分布應與圖（a）基本相同。將A移去再令B

9、1B2任意遠離（圖c）,便得到兩個帶電導體。 利用上述原理制成的感應起電機是靜電演示實驗中連續產生靜電荷和高電壓的儀器。左邊的實物圖中，黑色部分是兩個絕緣圓盤，盤邊均勻地粘有錫箔條。兩盤外側各有一個兩端帶有金屬刷子（電刷）的金屬桿 ，兩桿互相垂直（圖中只看見一個）。搖動搖桿可使兩盤反向轉動。右邊是起電機原理的示意圖。（*）范德格拉夫起電機（范式起電機） 范德格拉夫起電機（Van de Graaff generator），又稱范德格拉夫加速器，是一種用來產生靜電高壓的裝置。該裝置于1929年由荷蘭裔美國物理學家羅伯特杰米森范德格拉夫發明。范德格拉夫起電機通過傳送帶將產生的靜電荷傳送到中空的金屬球

10、表面。范德格拉夫起電機非常易于獲得非常高的電壓，現代的范德格拉夫起電機電勢可達500萬伏特，常常用于靜電加速器的加速勢。范德格拉夫起電機的原理如圖是靜電加速器的示意圖，除去離子源就是范德格拉夫起電機。圖中K是中空金屬罩（近似于封閉金屬殼），叫做高壓電極。在金屬輪A和B間一條由絕緣材料制成的傳送帶，帶的下端附近裝一排針尖C，針尖與直流電源（電壓約幾萬伏）的正極相接，電源的負極與輪A接地。這樣，針尖C與輪A之間的幾萬伏電壓使附近空氣電離，負電荷跑向針尖，正電荷跑向傳送帶并附于其上。用電動機帶動輪A，傳送帶就帶著正電荷向上運動。高壓電極內側也裝有一排針尖D，它在傳送帶的正電荷感應下帶負電，傳送帶與針

11、尖之間形成強電場并使空氣電離?？諝獾恼撾姾稍陔妶隽ψ饔孟虏粩嗯芟蜥樇夂蛡魉蛶?。高壓電極近似是封閉金屬殼，則殼的內壁（包括針尖）只能具有與殼內空間異號的電荷，即負電荷，故針尖得到的正電荷不斷傳到電極外壁，并使電極與地之間的電壓不斷升高，可達數兆伏。了解儀器的制作過程盡可能了解儀器的制作過程，對于弄清楚儀器結構、原理，對于正確操作、正確使用儀器，對于修理儀器以及仿制、改進、自制儀器都是相當有益的。玻璃液體溫度計的制作過程1、水銀溫度計2、酒精溫度計3、煤油溫度計問題一：溫度計液柱上面的空間是否與大氣相通？是否為真空？問題二：在常溫下，酒精的沸點只有78.4度，為什么酒精溫度計還能測量到100度？

12、水銀溫度計 水銀的凝固點是-38.87度，在一個大氣壓下的沸點是356.7度。為了防止水銀被氧化和提高水銀的沸點，從而提高水銀的測溫上限，制造時講溫度計中的空氣抽出，充以惰性氣體，如氦氣、氬氣或氮氣等。若充入氮氣的壓強為2.5106 Pa，則測溫上限是550度；若充入氮氣的壓強為7106 Pa,則測溫上限是750度。水銀溫度計的測量范圍可達-30度1200度。醫用體溫計1、為什么醫用水銀體溫計可以拿離被測物體后讀數？2、由于彎管的作用，彎管上方的水銀柱退不回玻璃泡中，此時彎管處出現真空，那么為什么水銀柱上方的氣體壓力和水銀柱自身的重力不能將水銀柱壓下（退回），以填補這個真空呢？ 水銀體溫計上方

13、接近真空 水銀的表面張力大、表面能大酒精溫度計（酒精常染成藍色） 酒精的凝固點是-112度，在1.01105Pa下的沸點是78.4度。儀表廠制造酒精溫度計時，設法在測溫液柱上增壓3105Pa左右來提高酒精的沸點。酒精溫度計的測量范圍-100度100度煤油溫度計（煤油常染成紅色） 煤油為有機混合物。在石油分餾產物中分子所含碳原子數C11C16的統稱為煤油。所以煤油有各種不同牌號，其沸點、凝固點均不同。一般煤油溫度計的測溫范圍是-50度100度。煤油里配入適量的燭紅染成了紅色。煤油溫度計的液柱上方是不充氣加壓的。分析儀器的結構原理與改進和自制儀器許多儀器，大多是經過使用、不斷改進，逐步完善的。改進儀器、紡織儀器必須在分析了解儀器的結構和工作原理的基礎上進行。1、改進儀器方案要有理有據 對于儀器中進行改進的部分，要能說出改進的道理。這些部